Jedes Frühjahr wandeln sich junge Garnelen im Mittelmeer von männlich zu weiblich - ein wichtiges Stadium in ihrer Fortpflanzungsentwicklung. Diese Veränderung ist auf eine Vielzahl von Mikroalgen zurückzuführen, auf die sich die gelegentlich neongrün gefärbten Garnelen stützen, um das Überleben ihrer Art zu sichern. Mit zunehmender Versauerung der Ozeane könnte sich jedoch die chemische Zusammensetzung der Mikroalgen ändern, was möglicherweise den Fortpflanzungsfortschritt der Garnelen hemmt und deren Existenz bedroht, berichten Forscher diese Woche in PLOS ONE .
Die Garnelen, Hippolyte inermis Leach, ernähren sich von einer bestimmten Art von Mikroalgen namens Cocconeis scutellum parva, die in den Seegraswiesen des Mittelmeers gedeihen, einschließlich angesäuerter Schlote in der Bucht von Neapel. Das Essen der Mikroalgen reguliert den Fortpflanzungszyklus der Garnelen.
Wissenschaftler sind seit Jahren fasziniert von der sexuellen Entwicklung dieser seltsamen kleinen Garnelen. Obwohl Hippolyte inermis wie viele andere Krebstiere als Hermaphrodit gilt, ist es insofern ungewöhnlich, als es schnell von männlich zu weiblich übergeht, ohne jemals ein Zwischenstadium mit Attributen beider zu durchlaufen. Dieses Geschlechtsumkehrsystem weist zwei unterschiedliche Fortpflanzungszeiten auf. Während des Herbstes, in dem Cocconeis- Mikroalgen selten sind, werden die meisten neugeborenen Garnelen als Männer geboren. Nach dem Frühling altern ihre männlichen Gonaden und fallen in einer einzigen Häutung ab, und es entwickelt sich ein Eierstock.
Jüngere Garnelen, die im Frühjahr mit reichlich Mikroalgen geboren werden, können sich jedoch durch eine noch schnellere Geschlechtsumkehr sofort zu Weibchen entwickeln. Frühere Studien haben gezeigt, dass Cocconeis für diese schnelle Veränderung verantwortlich ist. Indem Cocconeis beim Verzehr eine noch unbekannte Verbindung freisetzt, tötet er die Zellen in der männlichen Geschlechtsdrüse der Garnelen ab und führt zu einem vorzeitigen Übergang. Dieser Frühlingsschalter hilft dabei, das Gleichgewicht wiederherzustellen, nachdem die Bevölkerung im Winter einen Schlag abbekommen hat, wenn Raubtiere wie schwarze Drachenköpfe die Garnelen verschlingen.
Der Hauptautor der Studie, Mirko Mutalipassi, ein Meeresbiotechnologe an der Stazione Zoologica Anton Dohrn in Neapel, betont, dass die Abhängigkeit der Garnelen von den Mikroalgen so stark ist, dass sich ihr Bevölkerungswachstum mit der Blüte der Mikroalgen synchronisiert.
"Es ist wirklich wichtig für diese Garnelen", sagt Mutalipassi. "Dies ist der stabilisierende Faktor für ihre natürliche Population, da die Garnelen so viel Eier produzieren können und nicht durch Raub ausgelöscht werden."
Das Vorhandensein einer solch starken Pflanzen-Tier-Beziehung unter sauren Bedingungen hat Mutalipassi dazu veranlasst, dieses Instrument zu nutzen, um zu untersuchen, wie sich eine erhöhte Versauerung der Ozeane auf dieses Ökosystem auswirkt. "Ich bin wirklich fasziniert von der Koevolution, sowohl aus physiologischer als auch aus molekularer Sicht", sagt er. „Es ist eine wirklich interessante Art zu sehen, wie zwei Organismen miteinander interagieren. Es ist auch ein gutes Modell, um die Auswirkungen globaler Veränderungen auf Mikroalgen und Wirbellose zu untersuchen. “
Mutalipassi und seine Co-Autoren Valerio Zupo und Valerio Mazzella, beide Forscher der Stazione Zoologica, verwendeten die Garnelenpopulation als Sonde, um zu sehen, was mit der chemischen Zusammensetzung der Mikroalgen geschieht, wenn der Ozean saurer wird. Das Forschungsteam baute Kokosnüsse mit zwei verschiedenen Säuregraden an: einem unter den gegenwärtigen Bedingungen und einem, der auf dem prognostizierten Anstieg des Säuregrades der Ozeane im Laufe des nächsten Jahrhunderts bei steigendem Kohlendioxidgehalt basiert. Danach fütterten sie neugeborene Garnelen mit einer der beiden Gruppen von Mikroalgen und beobachteten, ob sie eine unterschiedliche Anzahl von Weibchen hatten, was auf eine Veränderung des Mikroalgenbestandteils hinweist, der die Entwicklung der Garnelen antreibt.
Die Ergebnisse des Teams waren überraschend. Im Gegensatz zu einigen anderen Mikroalgen, die unter hohen CO 2 -Niveaus nicht gedeihen konnten, blühte Cocconeis auf und wuchs unter angesäuerten Bedingungen viermal mehr Zellen. Diese Zunahme des Wachstums impliziert, dass die Mikroalgen in sauren Ozeanen der Zukunft einen Wettbewerbsvorteil haben könnten.
Im Gegensatz dazu waren bei den Garnelen, die mit Mikroalgen gefüttert wurden, die in einem höheren Wasserversäuerungsgrad gezüchtet wurden, etwa halb so viele weibliche Tiere wie bei den Garnelen, die mit normalen Mikroalgen gefüttert wurden. Ein derart drastischer Unterschied lässt darauf schließen, dass die chemische Verbindung, die die männlichen Geschlechtsdrüsen der Garnelen zerstört, durch die angesäuerten Bedingungen verändert werden kann und weniger weibliche Tiere hervorbringt. Mit anderen Worten, Cocconeis gedeiht, aber die Garnelen leiden.
"Diese Arbeit ist ein hervorragendes Beispiel für Forscher, die über einige der grundlegenden Fragen des Überlebens und des Wachstums eines einzelnen Organismus hinausgehen und auch die Beziehungen zwischen Arten untersuchen", sagt die Meeresbiologin Kaitlyn Lowder von der Scripps Institution of Oceanography an der Universität von Kalifornien in San Diego in einer E-Mail. "Um besser zu verstehen, wie unsere marinen Ökosysteme in Zukunft aussehen werden, ist es unglaublich wichtig, die Wechselwirkung zwischen trophischen Ebenen zu untersuchen, was in einem Labor schwierig sein kann."
Scheinbar subtile Veränderungen wie diese, die Dominoeffekte in einem Ökosystem auslösen könnten, sind ein Symbol für die Auswirkungen des Klimawandels. Während die Versauerung der Ozeane die Bedingungen des Meerwassers weiterhin stört, versuchen Forscher herauszufinden, wie solche Veränderungen selbst die kleinsten Lebensformen auf unserem Planeten beeinflussen können.
Lowder, der nicht an dieser Studie beteiligt war, argumentiert, dass die Untersuchung von Änderungen des Verhaltens von Organismen von entscheidender Bedeutung ist, um ein Bewusstsein für die sich verändernden Umweltbedingungen zu schaffen. „Nur wenn wir uns mit diesen Fragen zum sexuellen Übergang von Garnelen befassen, können wir Wissenschaftler eine bessere Vorstellung davon bekommen, wie unsere Ozeane in Zukunft aussehen könnten“, sagt sie. "Und vor allem können wir mehr Geschichten über die möglichen Auswirkungen der Versauerung der Ozeane haben, um die Besorgnis der Öffentlichkeit über diesen ständigen Wandel in unseren Ozeanen zu erhöhen."
Mutalipassi vertritt ähnliche Ansichten und argumentiert, dass die chemische Verbindung tatsächlich „infochemisch“ für die Umwelt ist - eine Unterwasserversion eines Kanarienvogels in einer Kohlenmine.
„Wir wissen jetzt, dass die Versauerung der Ozeane eine heikle ökologische Beziehung stören kann, die sich über eine Million Jahre entwickelt hat“, sagt Mutalipassi. "Dies bedeutet, dass wir mit den Veränderungen, die wir an unserer Welt vornehmen, eigenwillige Konsequenzen haben."
Er weist auch darauf hin, dass die Beziehung zwischen Mikroalgen und Garnelen nur eine von vielen ist, die betroffen sein könnten. "Die Auswirkungen der Ozeanversauerung sind größer als in der Studie", sagt er. "Wir betrachten nur ein kleines Puzzleteil."
